Spacecraft Pose Estimation from Monocular Images Using Neural Network Based Keypoints and Visibility Maps

人工智能 计算机科学 初始化 计算机视觉 特征提取 模式识别(心理学) 姿势 仿射变换 卷积神经网络 特征(语言学) 匹配(统计) 协方差 预处理器 协方差交集 扩展卡尔曼滤波器 卡尔曼滤波器 数学 语言学 哲学 统计 纯数学 程序设计语言
作者
Alexei Harvard,Vincenzo Capuano,Eugene Shao,Soon‐Jo Chung
出处
期刊:AIAA Scitech 2020 Forum 被引量:21
标识
DOI:10.2514/6.2020-1874
摘要

A novel method for monocular-based pose estimation of uncooperative spacecraft using keypoints specialized for a given target is presented. A set of robust keypoints are created by examining the effectiveness of existing localization algorithms by simulating and testing different perspectives. The feature extraction and matching is used to build a model of the spacecraft before the flight mission using the same feature extraction algorithms that can be used during the mission. Further, a visibility map is determined for each keypoint to aid in outlier filtering, matching, and measurement covariance estimation. For initialization and matching, a Convolutional Neural Network (CNN) is trained to generate descriptors robust to illumination, scale, and affine changes for the pre-computed keypoints. In the second part of the paper, we focus on pose determination and filtering after keypoint-to-model matching. While several approaches for pose acquisition have been formulated, we propose a novel method for tracking that makes use of a nonlinear filter, based on the spacecraft translational and rotational relative dynamics which estimates the covariance of the vision-based observations using the keypoint preprocessing information. Further, the estimated propagated covariance for each extracted feature is used for aiding the feature matching.
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